Качество питательной воды

Главная»Статьи»Качество питательной воды

Качество питательной воды

Качество питательной воды влияет на надежную и экономичную работу котельной установки и питания котлов.

Источниками водоснабжения для питания котлов могут служить пруды, реки, озера, а также грунтовые или артезианские воды, городской или поселковый водопровод. Природные воды, обычно содержат примеси в виде растворенных солей, коллоидные и механические примеси, поэтому непригодны для питания паровых котлов без предварительной очистки.

Водные растворы твердых веществ. Твердые вещества, содержащиеся в воде, разделяют на механически взвешенные примеси, состоящие из минеральных и иногда органических частиц, коллоидно-растворенные вещества и истинно растворенные вещества. Количество вещества, растворенного в единице раствора (воде), определяет концентрацию раствора и обычно выражается в миллиграммах на килограмм раствора (мг/кг).

Вода, как и всякая жидкость, может растворять только определенное количество того или иного вещества, образуя при этом насыщенный раствор, а избыточное количество вещества остается в нерастворенном состоянии и выпадает в осадок.

Различают вещества, хорошо и плохо растворимые в воде. К веществам, хорошо растворимым в воде, относят хлориды (соли хлористоводородной кислоты) СаСl2, MgCl2, NaCl, к плохо растворимым - сульфиды (соли серной кислоты) CaSO4, MgSО4, NaSО4 и силикаты (соли кремниевой кислоты) CaSi03, MgSiО3. Присутствие сульфидов и силикатов в воде приводит к образованию твердой накипи на поверхности нагрева котлов.

Растворимость веществ зависит от температуры: жидкости, в которой они растворяются. Различают вещества, у которых растворимость увеличивается с ростом температуры, например СаСl2, MgCl2, Mg(NО3)2, Ca(NО3)2, и у которых уменьшается, например CaSО4, CaSiО3, MgSiО3.

В частности, при нагревании воды до 70 - 75°С начинается термический распад хорошо растворимых бикарбонатов капьция и магния с переходом в плохо растворимые карбонаты и гидраты по реакциям:

СaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca(HCO3)2 ↔ Ca2+ +2HCO3; (1)

MgCO3 +H2O +CO2 ↔ Mg (HCO3) ↔ Mg2+ + 2HCO3;

FeCO3 + H2O +CO2 ↔ Fe(HCO3)2 ↔ Fe2+ + 2HCO3.

При дальнейшем нагреве воды в паровом котле до 200°С и выше могут возникнуть и другие реакции, например

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + NaSO4 (2)

Большинство твердых веществ, растворимых в воде, представляет собой электролиты, т. е. вещества, молекулы которых в водной среде распадаются на ионы, атомы или группу атомов, несущих электрический заряд. Молекула электролита распадается на два иона. Один из них имеет положительный заряд, называется катионом и обозначается знаком " + ",

Другой имеет отрицательный заряд, называется анионом и обозначается знаком " - ". Металлы, входящие в молекулу электролита (магний Mg, кальций Са, железо Fe), становятся катионами, а металлоиды (хлор Сl, сера S) - анионами. При этом вода как электролит является всегда электрически нейтральной, поскольку сумма положительно заряженных ионов - катионов всегда равна сумме отрицательно заряженных ионов - анионов.

Обычно в природной воде присутствуют катионы Са2+, Mg2+ + Na, Fe2+ и анионы НСО-3 + Cl-, SО-2, S12-3. В слабых растворах на ионы распадается все количество электролита, растворенное в воде, в более концентрированных растворах - только часть растворенного электролита. Количество растворенного в воде электролита называется степенью электролитической диссоциации.

Газовые растворы. В неочищенной, так называемой сырой воде, обычно растворены азот, кислород, двуокись углерода и сероводород. Все они нежелательны, но особенно вредными являются коррозионно-активные газы: кислород и двуокись углерода. Кислород, попавший в котельный агрегат и трубопроводы, непосредственно вступает в реакцию с металлом. Газы имеют различную растворимость, которая всегда уменьшается с повышением температуры жидкости. При температуре кипения жидкости газы полностью теряют способность растворяться. Степень растворимости в воде при атмосферном давлении кислорода, двуокиси углерода и сероводорода приведена в табл. 1. Согласно закону Генри концентрация газа, растворенного в жидкости, прямо пропорциональна давлению газа над раствором.

Таблица 1 Содержание растворенных газов, мг/кг, в зависимости от температуры жидкости

Таблица 1

Примечание. При температуре жидкости 100°С и выше кислород, двуокись углерода и сероводорот отсуствуют.

Показатели качества воды. Качество питательной воды характеризуется прозрачностью (содержанием взвешенных веществ), сухим остатком, жесткостью, щелочностью, окисляемостью. Сухой остаток содержит общее количество растворенных в воде веществ : кальция, магния, натрия, аммония, железа, алюминия и др., которые остаются после выпаривания воды и высушивания остатка при 110°С.

Сухой остаток выражают в миллиграммах на килограмм или в микрограммах на килограмм.

Жесткость питательной воды характеризуется суммарным содержанием в воде солей кальция и магния, являющихся накипеобразователями. Различают жесткость общую, временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную).

Общая жесткость представляет собой сумму величин временной и постоянной жесткости и характеризуется суммой содержания в воде кальциевых и магниевых солей: сернокислых (CaSО4 и MgSO4), хлористых (СаСl2 и MgCl2), азотнокислых (Ca(NО3)2 и Mg(NО3)2), кремнекислых (CaSiO3 и MgSiО3), фосфорнокислых (Са3(РО4)2 и Mg(PО4)2), двууглекислых.

Временная жесткость характеризуется содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния Са(НСО3)2 и Mg(HCО3)2. Постоянная жесткость обусловливается содержанием указанных выше солей кальция и магния, за исключением двууглекислых.

Для определения величины жесткости в настоящее время установлена согласно ГОСТ 6055-51 единица показателя жесткости - миллиграмм-эквивалент на 1 кг раствора (мг-экв/кг) или микрограмм-эквивалент на 1 кг раствора (мкг-экв/кг); 1 мг-экв/кг жесткости соответствует содержанию 20,04 мг/кг иона кальция Са2 + или 12,16 мг/кг иона магния Mg2 +.

Общая жесткость воды, мг-экв/кг, выражается суммарной концентрацией в воде катионов Са2 + (кальциевая жесткость) и Mg2+ (магниевая жесткость)

Жо=Ca2+ / 20.04 + Mg2+ / 12,16 (3)

где Са2 + и Mg2 + - концентрация в воде соответственно катионов кальция и магния, мг/кг; 20,04 и 12,16 - соответственно их эквивалентные массы, мг-экв/кг.

Карбонатная жесткость, мг-экв/кг,

Жк = HCO3- / 61,02 (4)

где НСО3- - концентрация в воде соответственно анионов бикарбонатов кальция и магния, мг/кг; 61,02 - их эквивалентная масса, мг-экв/кг.

Постоянная (некарбонатная) жесткость, мг-экв/кг,

Жп = Жо - ЖК (5)

Эквивалентная масса равна молекулярной массе вещества, деленной на его валентность.

В качестве примера приведена табл. 2 эквивалентных масс солей жесткости.

Таблица 2. Эквивалентные массы солей жесткости

Таблица 2

Щелочность воды характеризуется содержанием в ней щелочных соединений. Сюда относят гидраты, например NaOH - едкий натр, карбонаты Na23 - кальцинированная сода, бикарбонаты NaHСO3, Na34 и др. Величина щелочности воды равна суммарной концентрации в ней гидроксильных, карбонатных, бикарбонатных, фосфатных и других анионов слабых кислот, выраженной в эквивалентных единицах (мг-экв/кг или мкг-экв/кг). В зависимости от преобладающего наличия в воде анионов тех или иных солей различают щелочность: гидратную (концентрация в воде гидроксильных анионов ОН), карбонатную (концентрация карбонатных анионов СО2-3) и бикарбонатную (концентрация бикарбонатных анионов НСО3-3).

Окисляемость характеризуется наличием в воде кислорода и двуокиси углерода, выраженных в миллиграммах или микро¬граммах на килограмм.
Данные о составе некоторых речных вод России приведены в табл. 3.

Т а б л и ц а 3. Данные анализов воды некоторых рек и водоемов России

Таблица 3

Вода, подготовленная для питания котельной установки, не должна давать отложений шлама и накипи, разъедать стенки котла и его вспомогательные поверхности нагрева, а также вспениваться.

Общие понятия о водном режиме паровых котлов. В питательной воде, поступающей в котел, независимо от того, каким способом производилось ее умягчение, всегда остается какая-то часть примесей.

В процессе получения пара и отвода его из котла, а также поступления в котел все новых порций питательной воды в котловой воде увеличивается количество солей, так как сухой пар не растворяет их.

При увеличении содержания солей в котловой воде выше нормы начнется выпадение их в осадок и образование накипи на поверхности нагрева и шлама в толще воды, появится ценообразование и усилится унос паром котловой воды с растворенными в ней солями, что приведет к заносу паропровода и паропотребляющих устройств солями. Поэтому для надежной работы котельной установки недостаточно только очистки питательной воды, необходимо обеспечить также нормальный внутрикотловой режим, заключающийся в поддержании состава котловой воды в пределах установленных норм. Для получения пара нужного качества котловая вода обрабатывается специальными реагентами, которые заставляют накипеобразующие соли выпадать в котле в виде шлама, легко удаляемого продувкой.

Требования к качеству насыщенного пара в котлоагрегатах приведены в табл. 4.

Таблица 4 Требования к качеству насыщенного пара

Таблиуа 4

Для паровых турбин качество пара должно быть еще выше, оно регламентировано Правилами технической эксплуатации электростанций и сетей (ПТЭ).

Требования к качеству питательной и котловой воды для производственных и отопительных котельных приведены в табл. 5 и 6.

Для водогрейных котлов качество питательной воды должно удовлетворять следующим требованиям: карбонатная жесткость не более 700 мкг-экв/кг, содержание растворенного кислорода - 50 мкг/кг, взвешенных веществ - 5 мкг/кг, содержание свободной двуокиси углерода не допускается, значение показателя pH не менее 7. Значение pH характеризует концентрацию ионов водорода в растворе. Последнее требование означает, что реакция воды должна быть либо нейтральной (pH = 7), либо щелочной (pH > 7).

Таблица 5. Требования к качеству питательной воды котлоагрегатов

Таблица 5

Таблица 6. Требования к качеству котловой воды

Таблица 6

При внутрикотловой обработке воды.

Расход воды в котельных установках. Вода, поступающая в отопительные и производственные котельные из водопровода, артезианских скважин или водоемов, расходуется на восполнение потерь сетевой воды, конденсата, пара и собственные нужды котельной установки, включая техническое водоснабжение.

В водогрейных котельных установках вода теряется при обмывке поверхностей нагрева, деаэрации, разогреве мазута, утечках через неплотности, а также в системах теплоснабжения.

При открытой системе теплоснабжения к потерям добавляется расход воды на горячее водоснабжение потребителей.

В паровых котельных установках потери воды происходят за счет расхода части пара на собственные нужды (привод насосов, подогрев и распыливание мазута, продувку котлоагрегатов, обдувку и очистку его поверхностей нагрева, утечки через неплотности) и других расходов. Кроме потерь пара теряется и его конденсат. При снабжении потребителей паром часть конденсата теряется из- за загрязнения в результате несовершенства теплообменных аппаратов, а иногда из-за технологического процесса без возврата конденсата. Расходы воды возмещают в специальных устройствах, комплекс которых называют водоподготовительной установкой.

Котлы твердотопливные
Котлы КВр
Котел 2,5 с топкой ТЛПХ
Котлы КВ, топки ТШПМ
Котел КВр 4.0 с возможностью сжигания резервного топлива дрова на ручной колосниковой топке
Котел 1,28 МВт HeatExpert, работающий без дымососа
Котел 0,3
Котлы на дровах
Котел 0,5
Котел 0,6
Котел 0,15
Котел 1,86
Котел 4,0 под ЗП
Котел жаротрубный КВ 700 газовый
Котел КВа 0,7
Котел КВа 1,28
Котлы водогрейные КВм
Топка ТЛПХ под котлы КВм-2,5
Топки ТШПМ 2,0
Золоуловители котлов
Топки ТШПМ 1,45 под котлы КВм-1,1